变桨轴承联接螺栓受力监测装置的制作方法

本实用新型涉及新能源技术领域，尤其是涉及一种用于可变桨风电机组的变桨轴承联接螺栓受力监测装置。

背景技术：

风电是当今重要的清洁能源之一，风机机舱结构主要由变桨系统、偏航系统、轮毂、叶片等构成，其中变桨轴承主要作用为联接叶根与轮毂，将叶根受载传递给轮毂，在变桨系统中担任重要的作用。变桨轴承与轮毂之间一般采用高强度螺栓联接。

此类型螺栓工作环境恶劣、受到交变疲劳载荷、环境氧化腐蚀的考验；承受极限载荷大、运行功率大；精度等级、强度等级要求较高。由于变桨轴承与轮毂联接螺栓的工作特点，会出现螺栓疲劳断裂、螺栓蠕变、螺栓松动及延迟断裂等现象，这些故障轻则导致风机停转，严重时将使得叶片掉落，给安全生产带来极大的隐患。

申请号为201410353570.9的实用新型专利，公开了“一种光纤光栅式结构连接螺栓受力监测传感器及方法”，通过在普通螺栓单螺杆左右两侧分别开置细长的凹槽，在凹槽内各植入一个微型光栅式传感器，信号由光纤引出后穿过螺帽相应位置开的小孔从螺帽顶面引出，对螺栓的受力状态进行远程实时监控。申请号为201710474049.4的实用新型专利，公开了“抽水蓄能机组顶盖螺栓受力监测装置及方法”，通过在顶盖螺栓上布置压电式力传感器，通过信号调理装置和数据采集装置，将采集到的受力值与预存的受力值进行比较，判断螺栓的异常状态。

分析已有专利发现：(1)需要对螺栓本身进行加工，改变了螺栓的结构，存在安全隐患；(2)使用压电式传感器只能进行短时间的测量，不能实现长期在线监测。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种变桨轴承联接螺栓受力监测装置，利用环形传感器，在不破坏螺栓结构的情况下提高测量准确性和鲁棒性，且可进行长期监测，进一步提高系统的可靠性和准确性。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种变桨轴承联接螺栓受力监测装置，包括力传感器、数据采集装置、数据存储装置、数据传输装置、远端数据监测装置和远程状态监控装置，所述的力传感器与数据采集装置的输入侧连接，所述的数据采集装置的输出侧分别与数据存储装置、数据传输装置连接，所述的数据传输装置与远端数据监测装置连接，所述的远端数据监测装置与远程状态监控装置连接。

优选地，所述的力传感器为垫圈式力传感器。

优选地，所述的数据采集装置内置用于将力传感器得到的模拟信号转化为数字信号的模数转换电路。

优选地，所述的数据存储装置包括本地数据存储器和远端数据存储器，其中所述的本地数据存储器直接与数据采集装置连接，所述的远端数据存储器通过数据传输装置与数据采集装置连接。

优选地，所述的数据传输装置包括分别与数据采集装置连接的无线数据传输装置和存储卡传输装置，所述的无线数据传输装置与远端数据存储器连接。

优选地，所述的远端数据存储器为地面存储装置。

优选地，所述的远端数据监测装置为地面数据监测装置，其为一种比较器。

优选地，所述的远程状态监控装置通过以太网与远端数据监测装置连接。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

采用环形力传感器，在保证了传感数据的准确性的前提下，也保证了传感数据获取的鲁棒性。在不破坏螺栓本身结构的条件下，能准确的获取工作条件下的螺栓受力情况，建立载荷谱，直观判断螺栓受力情况，并有利于历史数据溯源。

附图说明

图1为本实用新型力传感器安装在螺栓上示意图，其中1为螺柱，2为力传感器，3为螺母；

图2为本实用新型力传感器的结构示意图；

图3为本实用新型的结构示意图，其中2为力传感器，4为数据采集装置，5为数据存储装置，51为本地数据存储器，52为远端数据存储器，6为数据传输装置，7为远端数据监测装置，8为远程状态监控装置。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的具体实施方式为在轮毂与变桨轴承联接的螺栓上将原本的衬套替换为垫圈式力传感器，基本原理是在风机工作时，螺栓所受到的拉压力都能通过环形力传感器接收到，并利用数据采集装置采集，使用数据存储装置保存下来。

垫圈式力传感器为中空结构。内径大小根据实际使用的螺栓直径大小选择，外径的选择要保证不发生干涉，高度应根据螺栓实际安装条件下容许的最大高度范围内进行选择。

具体安装根据附图1解释说明。图中，直径为36mm，长度为250mm的螺,1，配合M36的螺母3，将上述的垫圈式力传感器2安装到位置，即完成硬件的安装。此方法简单快捷，不会破坏螺栓本身的结构，且有较高测量准确性和鲁棒性。

监测装置根据附图3解释说明。整个系统由力传感器2，数据采集装置4，数据存储装置5，数据传输装置6，远端数据监测装置7，和远程状态监控装置8组成，其中数据存储装置5包括本地数据存储器51和远端数据存储器52。力传感器2即为上述的垫圈式力传感器，数据采集装置4将力传感器2采集到的模拟信号转化为数字信号，并使用不同信号传递方式通过数据存储装置5将数字信号保存下来。信号传递方式可分为有线传输和无线传输。无线传输需要配置无线节点，无线信号传输距离受限于所选择的软硬件，但需要满足地面对高空采集数据的需要。有线传输方式需要解决信号线缠绕的问题和信号线太长导致信号衰弱的问题。远端数据监测装置7将传感器实际测量的数据汇总并绘成载荷谱，观察螺栓实时载荷变化，并采用相应的螺栓受力监测技术，在本地地面监测螺栓工作状态，远程状态监控装置可以满足远程非本地情况下的监控需求，最终为螺栓失效原因分析提供数据基础。

上述的力传感器，与数据采集装置相连。传感器的种类根据所要测量的位置做出相应选择，为测量螺栓在工作过程中所受到的力，选用垫圈式力传感器，既不改变螺栓本身的结构，又能保证测量的准确性。

上述的数据传输装置6，主要是指无线数据传输装置和存储卡传输装置。数据传输装置6通过WiFi等无线数据传输信号将采集数据从位于高空的数据采集装置传输到远端数据存储装置。存储卡传输装置通过将数据存储到存储卡并使用人工转移方式获得数据存储。

上述的远端数据存储装置包括本地数据存储器51和远端数据存储器52两种方式。其中，本地数据存储的解决方案为：将信号采集卡安装在轮毂内，配备存储卡，采用一定的存储方式将数据先储存在存储卡内，采用人工定期将存储卡数据取回到本地地面的方式实现工况数据保存，优点是成本较低；无线传输远端存储的解决方案为：将数据采集装置采集到的数据通过无线传输的方式保存在本地地面，并能实现螺栓状态实时监控，但成本较高。

上述的存储卡数据存储方式，即将信号数据包括时间、压力，本实施方式的采样频率为1Hz，30秒存储一次数据，按设定时间计算滑动平均值保存到存储卡中，避免了由于数据量过大导致存储卡空间不足频繁取下的问题。可以按月读取存储卡数据进行分析。

上述的远端数据监控装置，即将远端数据存储装置中螺栓实际工况数据传输到计算机中，并使用基于计算机的状态分析系统对螺栓实际工况数据进行分析。若数据传输方式为人工转移，则能实现一段时间内监测螺栓受力情况，但无法实现实时监控；若数据传输方式为无线网传输，则能实现对螺栓受力情况的实时监控。

上述的远程状态监控装置，是通过以太网等方式接收远端数据监测装置发出的数据监测信息，进行变桨轴承螺栓受力状态的远程数据分析和状态监控。

本实用新型螺栓受力的监测技术为力信号的实时采集和数据分析，获得螺栓不同工况环境下的载荷谱，为螺栓的寿命预测提供边界条件数据。螺栓的工作状态诊断方法将采集的数据与正常范围的数据进行时域和频域对比分析和趋势分析，判断是否存在故障隐患。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。